JP2016006639A - 高容量２ｄカラーバーコード、及び高容量２ｄカラーバーコードのデコード方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セルを小型化した２次元カラーバーコードを提供する。【解決手段】バーコードは、データセルの２Ｄアレイ、４つのコーナーロケーター１２及びコーナーロケーター間で４つの境界を形成し、データセルのアレイを実質的に囲む境界基準セル１３Ａ、１３Ｂを含む。各データセル及び境界基準セルは、４つの原色（例えば、ＣＭＹＫ）のうちの一つを有する。境界基準セルのほとんどは、より長いイエローのものを除き、データセルと同じサイズを有する。境界基準セルは、境界に沿って反復カラー順序を形成し、デコード処理の際に、境界に沿った異なる位置における各原色のチャンネルオフセット（空間オフセット）及び各原色の基準（平均）色値を計算するのに用いる。デコード処理の間、境界基準セルのチャンネルオフセットを補間することにより計算されるチャンネルオフセットを考慮しながら、各データセルの色値を測定する。【選択図】図１

Description

本発明は二次元（２Ｄ）カラーバーコードに関し、特に、二次元カラーバーコードの構造及び二次元カラーバーコードのデコード方法に関する。

バーコードは、データの光学的な機械読み取り可能な表現である。２Ｄバーコードは、二次元状、例えば水平及び垂直の両方向に配置された小さな四角或いは矩形のセルからなり、各セルに一つの色が用いられる。異なる色は異なるデータ値を表す。バーコードのデータ容量と、セル数と、色の数との関係は、下記式により表すことができる。

小さなセルサイズ及びより多くの色表現を用いたバーコード設計は、一定の領域において比較的高いデータ容量の実現を可能にする。しかしながら、セルの小型化は様々な要因により制限される。

デジタルプリンターのチャンネルオフセットは、ハードウエアの欠点の必然的な結果である。チャンネルとは、プリンターが使用する異なる原色（例えば、シアン、マゼンタ、イエロー及び黒、或いはＣＭＹＫ）であり、チャンネルオフセットとは、同じ位置の値を有する画素が異なる原色を用いて印刷されるとき、印刷された画素の実際の位置が正確には同じにならないことをいう。オフセット量は全体的（すなわち頁全体にわたり同じオフセット）及び／又は局所的（すなわち頁の異なる領域では異なるオフセット）になりうる。バーコードセルが小さい場合、チャンネルオフセット効果はその結果に顕著に影響することがあり、隣接するセルの間隔を変化させ、セルは互いに結合することもある。

また、セルのカラー濃度もセル領域に依存する。狭い領域のカラー濃度は、広い領域のものと比べて相対的に低く、これにより小さいセルのバーコートに対する色決定が困難になる可能性がある。

更に、異なるプリンター及びスキャナーの使用条件は可変的である。異なるプリンターは異なる出力を有し、異なるスキャナーも同様である。使用条件は時間の経過でも変化し、一つのプリンター又は一つのスキャナーからの異なる時間における出力は変化しうる。

本発明の実施形態は、２Ｄカラーバーコードレイアウトの設計と、スキャナーやプリンターのコンディションの変動の影響を低減すべくバーコードをデコードすることができるロバストなアルゴリズムとを提供する。

本発明の目的は、高容量２Ｄカラーバーコード設計と、上述したプリンター及びスキャナーの物理的限界の下で功を奏するロバストなバーコードのデコード方法を提供することにあり、この方法によれば、スキャナー及びプリンターからの変動に関わらず、デコードの誤り率を低減することができる。

本発明の追加的な特徴及び利点は以下の記載において述べられ、その一部は当該記載から明らかであるか、本発明の実施により知るところとなる。本発明の目的及び他の利点は、明細書の記載、特許請求の範囲、及び添付図面で詳しく示された構造により実現され、取得される。

これらの及び／又は他の目的を達成するために、具現化され広く記載されているように、本発明は、印刷された二次元カラーバーコードであって、各々が複数の原色のうちの一つを有すると共に、同じサイズを有し、余白により隔てられた複数の列及び行を含む二次元アレイを形成するように配置された複数のデータセルと、前記バーコードの角に位置し、黒色であり、前記データセルのサイズよりも大きいサイズを有する複数のコーナーロケーターセルと、各々が前記複数の原色のうちの一つを有し、前記コーナーロケーターセルの間に位置する４つの境界を形成するように配置され、前記データセルの前記二次元アレイを実質的に囲む複数の境界基準セルであって、２つのコーナーロケーターセル間の各境界における前記境界基準セルが、前記複数の原色を含む所定の反復カラー順序を有するものと、を有する印刷された二次元カラーバーコードを提供する。

他の側面では、本発明は、スキャン画像における二次元カラーバーコードのデコード方法であって、前記バーコードは、余白により隔てられた複数の列及び行を含む二次元アレイを形成する複数のデータセルと、前記バーコードの角に位置する複数のコーナーロケーターセルと、前記コーナーロケーターセルの間に位置する４つの境界を形成し、前記データセルの前記二次元アレイを実質的に囲む複数の境界基準セルと、を備える既知のレイアウトであって、前記データセル及び前記境界基準セルの各々は複数の原色のうちの一つを有し、前記データセル及び前記境界基準セルのいくつかは同じサイズを有し、前記コーナーロケーターセルは黒色で、前記データセルのサイズよりも大きいサイズを有し、２つのコーナーロケーターセル間の各境界における前記境界基準セルは、前記複数の原色を含む所定の反復カラー順序を有する前記レイアウトを有し、前記デコード方法は、（ａ）前記コーナーロケーターセルの位置を用いて、すべての前記データセル及び前記境界基準セルの中心位置を計算する工程と、（ｂ）すべての前記境界基準セルを用いて、前記各境界に沿った複数の位置における前記原色の各々に対するチャンネルオフセットを計算する工程と、
（ｃ）前記原色の各々を有する前記境界基準セルのすべてにおける画素の色値を平均化することにより、前記原色の各々に対する基準色値を計算する工程と、（ｄ）前記データセルアレイの領域内の各画素について、（ｄ１）各々が、前記画素の色値と、前記原色のうちの一つ又はホワイトの前記基準色値との色差である、複数の色差値を計算する工程と、（ｄ２）前記色差値に基づき、各々が前記画素が対応する前記原色である確率を表す、前記複数の原色に対する複数の画素カラー確率を計算する工程と、（ｅ）前記データセルの各々に対し、（ｅ１）前記複数の原色に対応する前記セルの複数の推定位置であって、各々が、対応する前記原色に対する局所的チャンネルオフセットを前記工程（ａ）で計算した前記データセルの前記中心位置に加算することにより計算され、前記局所的チャンネルオフセットは前記工程（ｂ）で計算した前記４つの境界に沿った前記複数の位置における対応する前記原色についての前記チャンネルオフセットを補間することにより計算される前記推定位置を計算する工程と、（ｅ２）前記複数の原色に対する複数のセルカラー確率であって、各々が、前記データセルが対応する前記原色である確率を表し、各々が、前記データセルのサイズを有し対応する前記原色に対する前記推定位置を中心とする領域内に位置する画素について、対応する前記原色に対する前記画素カラー確率を合計することにより計算される前記セルカラー確率を計算する工程と、（ｅ３）前記複数の原色に関して前記複数のセルカラー確率を比較することにより前記データセルの色を決定する工程と、（ｆ）前記データセルの前記色をデジタルデータに変換する工程と、を有する方法を提供する。

他の側面では、本発明は、データ処理装置のコンピューターを制御して、上記の方法を実施させるコンピューターを提供する。

上述した概要及び以下の詳細な説明は共に、例示的かつ説明的なものであって、特許請求の範囲に記載された本発明について更なる説明を提供することを意図するものである。

本発明の実施形態によるカラーバーコードレイアウトを描いた図である。 本発明の実施形態による一の例示的なカラーバーコード及び隣接するバーコードの部分を描いた図（カラー）である。 本発明の実施形態によるバーコードデコード方法を概略的に示す図である。 本発明の実施形態によるバーコードデコード方法を概略的に示す図である。 本発明の実施形態によるバーコードデコード方法を概略的に示す図である。 本発明の実施形態が実現されうるデータ処理装置を概略的に示す図である。

図１は、本発明の実施形態による例示的なカラーバーコードのレイアウトを描いたものである。カラーバーコードは、二次元アレイを形成する複数のデータセル１１を有し、各セルは複数のカラーのうち一つを有している。好ましい実施形態では、複数のカラーは、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）及びブラック（Ｋ）であり、各セルは２ビットの情報を表すことができる。ＣＭＹＫはプリンターで用いられる原色であり、各々が一つのカラーインクを用いて印刷され、カラーチャンネルと呼ばれる。したがって、バーコードの各セルが一つのインクで印刷され、各セルのカラーは均一になる。各セルは定められたサイズを有し、定められた間隔ずつ離れている。好ましくは、セルは四角形であり、垂直及び水平方向に並ぶ列及び行を形成し、行間隔及び列間隔が等しくなっている。一つの特定の実施形態では、セルサイズは３×３画素であり、セルの間隔（余白の幅）は水平及び垂直の両方向において２画素である。

バーコードは、バーコードの角に位置する４つのコーナーロケーターセル１２と、バーコードの４辺の各々においてコーナーロケーターの間に位置する境界基準セル１３Ａ，１３Ｂの列とを有しており、データセル１１のアレイは当該境界の内側に位置している。デコードの際にバーコードの四隅の位置を示すのに用いられるコーナーロケーター１２は、好ましくは黒色であり、データセルよりも大きい。この例では、コーナーロケーター１２は１３×１３画素のサイズ、すなわち、内側のアレイにおける３×３ブロックのデータセルに対応するサイズである。サイズを大きくことで、これらの特定が比較的容易になる。

境界基準セル１３Ａ，１３Ｂは、予め決められたカラー順序で配置された、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの基準セルを含む。基準セルは、デコード処理において有用な（全体的及び局所的）チャンネルオフセット情報及びカラー情報を提供することができる。一の実施形態では、シアン、マゼンタ及びブラック基準セル１３Ａは、データセル１１と同じサイズを有することでカラー濃度がデータセル１１と同様となる一方、イエロー基準セル１３Ｂはデータセルよりも長くなっている。これは、黄色は白い背景に近く、正確な検出がより難しいためである。この例では、イエロー基準セル１３Ｂは３×１３又は１３×３のサイズ、すなわち、内側のアレイにおける１×３又は３×１ブロックのデータセルに対応するサイズである。境界基準セル１３Ａ，１３Ｂは、基準セルの潜在的重複を避けるため、内側のデータセルアレイにおけるセル間隔よりも大きい間隔をおいて、互いに、そしてコーナーロケーター１２から離れている。この例では、２つの隣接する基準セルの間隔（余白）、角の位置と隣接する基準セルとの間隔（余白）、及び基準セルと隣接するデータセルとの間隔（余白）が７画素である。この間隔は、内側のデータセルアレイにおいて、列（又は行）を一つおきに除くとすると、２つの列（又は行）の間隔に対応している。

この例では、境界基準セルの予め決められたカラー順序は、Ｙ，Ｋ，Ｍ，Ｋ，Ｃ，Ｋ…，の反復順序である。すなわち、一つおきの基準セルがブラックであり、ブラック基準セル間の基準セルが（イエローセルをより大きくした）反復カラー順序を形成している。このように配列された境界基準セルの４つの列が、コーナーロケーター間のバーコードの４辺の全長に沿って延びている。これにより、基準セルのチャンネルオフセットを、バーコードの異なる領域において測定することができ、また、データセルの局所的チャンネルオフセットをバーコード内のどの位置と推定するのにも用いることができる。

４つのコーナーロケーターのうち一つが他から区別できるように非対称性が設計され、これがデコード処理に役立つ。これはいかなる適切な方法によって達成されてもよい。一の実施形態では、非対称性は境界基準セルの特定の順序により実現される。例えば、図１に示す例では、左上のコーナーロケーターだけが時計周り及び反時計回りの方向にＹＫＭＫＣＫ…の順序を有し、他のコーナーロケーターからの順序はこれと異なる（図１において図示せず）。

コーナーロケーターのうちの一つ（図示例では右下のもの）に隣接して、かつ境界基準セルが形成する境界のすぐ内側に、より大きいセル１４の列が設けられており、バーコードのデータ長及びＥＣＣをエンコードしている。この例では、これらのセル（検証データセルと呼ばれる）はイエロー基準セル１３Ｂと同じサイズであり、境界基準セル相互と同じ間隔だけ、すなわち、この例では７画素だけ、互いに、そして隣接する境界基準セル及びデータセルから離れている。一の例では、１２個の検証データセルが設けられる。

これらの実施形態のバーコードレイアウトにおいて、すべてのセル、すなわち、データセル、コーナーロケーター、境界基準セル及び検証データセルは、同じ矩形の又は四角いグリッド上に整列する。すなわち、すべてのセルの中心は、グリッドのグリッド点に位置する。これは、奇数の列及び／又は行をカバーすることを、より大きなセルに要求する。そのような設計は、画像をセルに分割することによる一定のエラーを防止するのに役立つ。また、非データセルは、データセルの間隔（例えば２画素）よりも広い間隔（例えば７画素）で他のセルから隔てられており、これは非データセルにおいて異なるカラーチャンネルが重なり合うことを防止するのに役立つ。

一の特定の例では、バーコード用のグリッドは１３４の列及び１３４の行を有し、バーコードは各辺において９つの組のカラー境界基準セルを含む。余白、コーナーロケーター、境界基準セル及び検証データセルを除き、１６７８８のデータセルが各バーコードに情報を格納するのに用いられうる。複数のバーコードは、余白、例えば２０画素の間隔をおいて、同じ頁に隣接して配置されうる。６００ｄｐｉの印刷解像度に対し、バーコードは約１．１５×１．１５平方インチのスペースを取る。よって、レターサイズの頁に６×９のバーコードまで配置することができる。

例示的な２Ｄカラーバーコード及び隣接するバーコードの部分が図２に描かれる。

ここで、上述の２Ｄカラーバーコード設計の２つの特徴について記載する。第一に、イエローのものを除く境界基準セルは、データセルと同じサイズを有する。イエロー境界基準セルは、より長い（又はより広い）が、データセルと同じ幅（又は高さ）を有する。第二に、境界基準セルは、データセルを全体として実質的に囲む境界を形成する。これらの特徴は、小さなサイズのデータセルで形成された２Ｄカラーバーコードのデコードの正確性を改善するのに貢献する。

上述のレイアウト設計を有するバーコードのデコード方法を、図３，４及び５を参照して以下に記載する。処理される印刷文書は、並んで配置された、かかる一以上のバーコードを含む。印刷文書をスキャンしてカラー画像とした後（ステップＳ１１）、ステップＳ１２において、まずカラーバーコードが見つけ出され、傾きが補正される。これについては図４に関連して更に説明する。好ましい実施形態では、スキャンの空間分解能は印刷解像度と同様である。他の実施形態では、スキャン解像度は印刷解像度より高くてもよい。

図４に示すように、まず、カラー画像はグレースケール画像に変換され、その後、二値（黒及び白）画像に変換される（ステップＳ２１）。スキャナーにより生成されたカラー画像は、典型的にはＲＧＢ画像であり、いかなる適切な式を用いてＲＧＢ色値をグレースケール値に変換してもよい。また、いかなる適切な二値化方法及び閾値を用いてグレースケール画像を二値画像に変換してもよい。ブラックのセルが二値画像においてブラックに変換される限り、（実際にはイエローはホワイトに、マゼンタはブラックになる傾向があるが、）シアン、イエロー及びマゼンタのセルがブラックに変換されるか否かは問題ではない。

次に、二値画像にエロージョン（収縮処理）アルゴリズムを適用し、比較的大きい構造化要素を用いてホワイト領域を収縮させる（ステップＳ２２）。ホワイト領域の収縮処理は、ブラック領域のダイレーション（膨張処理）と数学的に同等であることに留意されたい。収縮処理及び膨張処理は周知のモルフォロジー演算である。一の実施形態では、収縮処理に用いる構造化要素は３０×３０画素の四角又は直径３０画素のディスクである。収縮処理の結果、ホワイト領域は収縮し、ブラック領域は膨張する。構造化要素が比較的大きなサイズを有することにより、バーコードにおけるブラック画素は典型的には結合し、隣接するバーコードも結合する。これにより、複数のバーコードによって占められる頁の領域とほぼ同じ形で、それより少し大きいサイズの大型ブラックブロックが得られる。

収縮処理された二値画像は、バーコードより非常に小さいブラックスポットの形でノイズも含むことがある。ステップＳ２３及びＳ２４は、かかるノイズを除去するために実行される。ステップＳ２３では、ほぼバーコードのサイズを有するフィルターを用いて、収縮処理された二値画像に平均化演算が適用される。これにより、大型ブラックブロックの境界が薄い灰色のブラーとなったグレースケール画像が得られる。大型のフィルターサイズにより、ノイズスポットは薄い灰色領域となる。このグレースケール画像において最も濃い画素については、ステップＳ２３で位置も確認される。これら最も濃い画素は、ノイズスポットに対応する薄い灰色のブラーを含まない。そして、ステップＳ２２で得た収縮処理された二値画像を用いて、ステップＳ２３の平均画像における最も濃い画素の位置を含む、収縮処理された二値画像における連結成分が決定される（ステップＳ２４）。二値画像における連結成分は、互いに連結している同じ色（この場合はブラック）の画素により形成されるものである。ステップＳ２４で見つかったこれらの連結成分は、バーコードの位置に対応し、ノイズスポットを含まない。典型的には、複数のバーコードが比較的近接して位置する場合は、複数のバーコードによって占められる領域を含む一つの連結成分が形成される。

ステップＳ２４で見つかった各連結成分の周りには、最小境界ボックスが形成される（ステップＳ２５）。各境界ボックスは、バーコード（一以上の近接したバーコード）が位置する領域を構成する。各境界ボックス内の二値画像は、連結成分の境界が垂直及び水平となるように傾きが補正される（ステップＳ２６）。傾き補正にはいかなる適切な方法を用いてもよい。

境界ボックスが複数のバーコードを含みうることから、傾き補正の後、バーコード画像を水平及び垂直方向それぞれに射影することにより、複数のバーコードが切り離される（ステップＳ２７）。本工程で用いるバーコード画像は、オリジナルスキャンカラー画像でも、グレースケール画像でも、ステップＳ２１で生成される二値画像でもよい。射影は、総画素値対、水平及び垂直位置それぞれの曲線である。本実施形態では、複数のバーコードが同じサイズ及びレイアウトを有しており、水平及び垂直方向に互いに並んでいる。よって、（水平又は垂直）射影の各々は、バーコードを隔てるスペースに対応したいくつかのより大きな切れ目又は谷を有することになり、また、バーコード内でセルを隔てるスペースに対応した多くのより小さな切れ目又は谷を有することになる。その結果、各バーコードの水平及び垂直方向の開始及び終了位置を得ることができる。

その後、ステップＳ２５で見つけた境界ボックスをオリジナルスキャンカラー画像に適用してバーコードを見つけ出し、ステップＳ２６で計算した傾き補正の角度を適用して境界ボックスの傾きを補正し、ステップＳ２７で見つけた水平及び垂直方向の開始及び終了位置を用いて、各々が個々のバーコードを含むカラー画像の画像パッチを取得する（ステップＳ２８）。これにより、スキャンカラー画像におけるバーコードの位置確認及び傾き補正が完了する。

バーコードの位置確認及び傾き補正処理の詳細を上述したが、他の適切な方法をスキャンカラー画像におけるバーコードの位置確認及び傾き補正に用いることもできる。

図１に戻り、次の工程で、バーコードレイアウトの非対称性を利用することによりバーコードの正しい位置が決定される（ステップＳ１３）。文書がスキャンされる際にバーコードの向きが回転している場合があるため、本工程が必要となる。前述のように、バーコードレイアウト設計は、バーコードの４つのコーナーロケーターに関して非対称である。例えば、一つのコーナーロケーターに対してだけ、２つのより大きなイエロー境界基準セル１３Ｂが隣接して位置する。この非対称性に基づき、コーナーロケーターのうちの一つを基準コーナーロケーターとして予め定め、基準コーナーロケーターが左上コーナー等の所定の位置に配置される等、バーコードの正しい向きを定義する。ステップＳ１３では、いかなる適切なテストを用いることにより、非対称性を利用して、どのコーナーロケーターが基準コーナーロケーターかを決定してもよい。基準コーナーロケーターは、各頁の一つのバーコードに対して見つければよい。基準コーナーロケーターが見つけられると、基準コーナーロケーターがバーコードの左上コーナー等の所定の位置に置かれるように、スキャン画像全体が適切な量だけ回転される。

画像の向きが補正されると、画像における複数のバーコードはインデックスを付けられうる。すなわち、上から下、左から右等、所定の順序に従ったインデックス番号を割り当てられることができる（ステップＳ１３）。こうして、複数のバーコードに含まれる情報は、正しくつなぎ合わせられることができる。

すると、各バーコードにおけるデータを抽出することができる（ステップＳ１４）。各バーコードに適用される本工程について、図５を参照してより詳細に説明する。

まず、カラーバーコードの４つのコーナーロケーターの中心位置が、例えば相互相関法を用いることにより決定される（ステップＳ３１）。これら既知の中心位置及び（水平及び垂直方向の）グリッドポイントの総数を用いて、バーコードのグリッドポイントの位置が計算される（ステップＳ３２）。前述のとおり、バーコードのすべてのセルは、それらの中心が同じグリッドに位置するように設計される。水平及び垂直方向のグリッドポイントの総数は、データセルの列及び行の総数のそれぞれプラス４である。コーナーロケーターの中心は、グリッドの水平及び垂直方向における２番目又は最後から２番目のグリッドポイントに位置することに留意されたい。

また、このバーコード設計ではグリッドポイントの間隔が５画素であることから、各画素は０．２グリッドポイントに対応する。

次に、４つの境界に沿ったチャンネルオフセットが計算される（ステップＳ３３）。これは、各境界を、該境界に平行な軸に射影すること、例えば、上段の水平方向の境界を水平軸に射影すること等によってなされる。射影曲線は、境界基準セルに対応する四角に近い一連のピークと、これらの切れ目に対応する一連の谷とを有することになる。各境界基準セルの実際の中心位置は、射影曲線から、四角に近いピークの中心を見つけることによって決定される。（バーコードレイアウト設計に基づく既知の色を有する）各境界基準セルの、実際の中心位置と、設計上の中心位置（すなわち、チャンネルオフセットを除いた、バーコード設計に従った中心位置のあるべき位置）との差が、境界に沿ったその位置におけるその色のチャンネルオフセットである。こうして、位置の機能としての各カラーチャンネルの空間的オフセットが、各境界に沿ったいくつかの位置に対して得られる。

ステップＳ３３の一の実施では、画素値が、ＲＧＢ色値からＣＩＥ Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間等の標準色空間に変換される。Ｌ^＊，ａ^＊，ｂ^＊及びａ^＊＋ｂ^＊値に対する４つの射影曲線が各境界について取得され、ブラック、マゼンタ、イエロー及びシアン境界基準セルの中心位置をそれぞれ特定するのに用いられる。

ステップＳ３３より、上段及び下段の境界に沿った各カラーチャンネルの水平オフセットが取得され、また、左及び右の境界に沿った各カラーチャンネルの垂直オフセットが取得される。４つの境界のチャンネルオフセット情報を用いて、バーコード内における任意の位置に対する各カラーチャンネルの局所的な水平及び垂直オフセットを、補間法により計算することができる。例えば、線状補間では、各境界における一つのチャンネルの平均オフセットを使用することができる。下記の線状補間方程式は、バーコードの位置（ｘ，ｙ）にあるデータセルに対する局所的チャンネルオフセットの計算に用いることができる（方程式（１））。

上記の方程式において、ｄｘ（ｘ，ｙ）及びｄｙ（ｘ，ｙ）は位置（ｘ，ｙ）におけるｘ‐オフセット及びｙ‐オフセットであり、ＤＸ１及びＤＸ２は上段及び下段の境界におけるすべての同じ色の境界基準セルの平均ｘ‐オフセットであり、Ｈ及びＷは上段及び下段の境界の間隔並びに左及び右の境界の間隔であり、ＤＹ１及びＤＹ２は左及び右の境界におけるすべての同じ色の境界基準セルの平均ｙ‐オフセットである。ここで、ｘ座標は左上の角から右を示し、ｙ座標は左上の角から下を示す。他の適切な補間方程式が用いられてもよい。

チャンネルオフセットは、±１画素未満であると考えられる。さもなければ、データセルは互いに結合すると考えられ、バーコードをデコードすることができない。

すべての画素の色値は、ＲＧＢ色空間からＣＩＥ Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間等の標準色空間に変換される（ステップＳ３４）。標準色空間の他の例は、ＣＩＥ Ｌ^＊ｕ^＊ｖ^＊である。本工程には、いかなる適切な変換方法が用いられてもよい。

標準色空間における、４つの原色（カラーチャンネル）ＣＭＹＫの各々に対する基準色値は、境界基準セルの色を平均化することによって計算される（ステップＳ３５）。これは、各色について２つの工程から成る処理である。第一に、その色の各境界基準セルの推定実際位置が、チャンネルオフセット値をそのセルの設計位置に加算することにより計算される。設計位置は、バーコードレイアウト設計より既知である。チャンネルオフセットは、前述の補間方法を用いて計算され、最も近い整数にまるめられる。各境界基準セルについて、境界に平行な方向のオフセットはステップＳ３３の射影から既に計算されているため、補間法を用いて境界に垂直な方向のオフセットのみ計算される必要があることに留意されたい。そして、推定実際領域内、すなわち基準セルのサイズを有し、推定実際位置を中心とする領域内に位置する画素の色値が、平均化に用いられる。各原色に対する（標準色空間における）基準色値が、その色のすべての境界基準セルにおけるすべての画素の画素色値を平均化することにより計算される。典型的には、一つのバーコードのサイズにわたる色の変化はさしたる意味を持たず、よって、同じ原色に対するすべての境界基準セルがその原色に対する基準色値（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）を計算するのに用いられることに留意されたい。

その後、データセルアレイの領域内の各画素に対し、４つの原色ＣＭＹＫの各々に対する画素及び基準色値の色差が計算されると共に、白色点Ｗが計算される（ステップＳ３６）。ＣＩＥ Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊のいずれか２つの色の間の色差を、ＣＩＥＤＥ９４（２：１：１）等の公知の方程式を用いて計算することができる。

これにより、各画素に対する５つの色差値：ＤＥ_Ｃ，ＤＥ_Ｍ，ＤＥ_Ｙ，ＤＥ_Ｋ及びＤＥ_Ｗが与えられる。これらの色差値に基づき、画素がＣ，Ｍ，Ｙ或いはＫの色を有する確率が計算される（ステップＳ３７）。これらの確率（画素カラー確率と呼ばれる）の定義として、色差値が大きいほど低い確率となる。一の実施では、画素カラー確率は下記のように定義される（方程式（２））。

このように、バーコード画像の各画素は、４つのそれぞれの原色に対して４つの画素カラー確率を有する。

その後、バーコードの各データセルについて、複数の色に対するセルカラー確率、すなわち、データセルがＣ，Ｍ，Ｙ又はＫである確率が、画素カラー確率を用いて計算される（ステップＳ３８）。バーコードレイアウト設計から、データセルの設計位置がステップＳ３２で計算されたグリッドポイントを中心とすることがわかる。しかしながら、各印刷データセルの実際位置は、セルの位置及び色に依存するオフセット量だけ、設定位置からずれる。セルの色がまだ分からないため、実際のオフセットはわからない。よって、各データセルに対して、４つの原色ＣＭＹＫに対応する４つの推定位置が、対応するチャンネルオフセット量をデータセルの設計位置に加算することにより計算される。それぞれのチャンネルオフセット量が、前述の補間方法（例えば、方程式（１））を用いて設計位置に対して計算され、最も近い整数にまるめられる。そして、各原色に対する画素カラー確率が、推定領域内、すなわち、データセルのサイズを有し、その原色に対する推定位置を中心とする領域内のすべての画素について合計され、その原色に対するセルカラー確率、すなわち、データセルがその色である確率が計算される。こうして、ステップＳ３８において、各データセルに対し、４つの原色に対する４つのセルカラー確率が計算される。最も高いセルカラー確率に対応する原色がデータセルのセルカラーとして決定される（ステップＳ３９）。

右下の角の近くに位置する検証データセル１４の色が、同様の工程を用いて決定される。

各データセルの色を２ビットのデータに変換することにより、ビット列が組み立てられる（ステップＳ４０）。検証データセルから抽出したデータ長及びＥＣＣ情報を用いて、所望の検査を実行することができる。これにより、各バーコードからエンコードされたデータを抽出する処理が終了する（図１のステップＳ１４）。複数のバーコードからの抽出データは共に集められ、望ましい更なる処理が実行されてもよい（図１のステップＳ１５）。

上述の実施形態では、カラーバーコードを印刷するための原色はＣＭＹＫであった。上述の方法は、ＲＧＢを印刷用の原色として用いるプリンターに適用することもできる。

本明細書に記載する二次元カラーバーコードの生成及びデコード方法は、図６に示すコンピューター１２０等のデータ処理システムにおいて実施することができる。コンピューター１２０は、プロセッサー１２１、記憶デバイス（例えばハードディスクドライブ）１２２及び内部メモリー（例えばＲＡＭ）１２３を備える。記憶デバイス１２２は、ＲＡＭ１２３に読み出され、プロセッサー１２１に実行されることにより上記方法を実施するソフトウェアプログラムを記憶する。

一の側面では、本発明はデータ処理システムにより実行される方法である。他の側面では、本発明はデータ処理装置のコンピューターを制御して上記方法を実施するコンピュータープログラムである。他の側面では、本発明はデータ処理システムで具現化される。

本発明の二次元カラーバーコード及びその生成、並びにデコード方法に、本発明の趣旨又は範囲を逸脱することなく、種々の修正や変更を加えうることは、当業者において明らかである。このように、本発明は、添付の特許請求の範囲やその等価物の範囲内の変更点や修正点にまで及ぶことが意図されている。

Claims (24)

1. 印刷された二次元カラーバーコードであって、
   各々が複数の原色のうちの一つを有すると共に、同じサイズを有し、余白により隔てられた複数の列及び行を含む二次元アレイを形成するように配置された複数のデータセルと、
   前記バーコードの角に位置し、黒色であり、前記データセルのサイズよりも大きいサイズを有する複数のコーナーロケーターセルと、
   各々が前記複数の原色のうちの一つを有し、前記コーナーロケーターセルの間に位置する４つの境界を形成するように配置され、前記データセルの前記二次元アレイを実質的に囲む複数の境界基準セルであって、２つのコーナーロケーターセル間の各境界における前記境界基準セルが、前記複数の原色を含む所定の反復カラー順序を有するものと、
   を有することを特徴とする印刷された二次元カラーバーコード。
2. 前記複数の原色は、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックであることを特徴とする請求項１に記載の印刷された二次元カラーバーコード。
3. 前記境界基準セルの各々は、前記データセルと同じサイズ、又は前記データセルの幅と等しい幅を有することを特徴とする請求項１に記載の印刷された二次元カラーバーコード。
4. 前記複数の原色は、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックであり、前記境界基準セルは、前記データセルと同じサイズを有するシアン、マゼンタ及びブラック境界基準セルと、前記データセルの幅と等しい幅を有し、前記データセルの３倍以上の長さを有するイエロー境界基準セルとを含むことを特徴とする請求項３に記載の印刷された二次元カラーバーコード。
5. 前記データセルの前記二次元アレイの前記列及び行を隔てる前記余白は第一の幅を有し、前記境界の各々は、前記第一の幅よりも大きい第二の幅を有する余白によって前記二次元アレイの前記データセルから隔てられており、前記境界基準セルは前記第二の幅を有する余白によって互いに隔てられていることを特徴とする請求項１に記載の印刷された二次元カラーバーコード。
6. 前記データセルの各々は３×３画素のサイズであり、前記データセルの前記列及び行を隔てる前記余白は２画素の幅を有し、前記コーナーロケーターセルは１３×１３画素のサイズであることを特徴とする請求項１に記載の印刷された二次元カラーバーコード。
7. 前記データセル、前記境界基準セル及び前記コーナーロケーターセルのすべての中心は、共通する四角グリッド上に位置することを特徴とする請求項１に記載の印刷された二次元カラーバーコード。
8. 前記境界基準セルにより形成される前記境界のうちの一つ中に、又は隣接して位置する複数の検証データセルであって、各々が前記境界基準セルのうちの一つの幅と同じ幅を有するものを更に有することを特徴とする請求項１に記載の印刷された二次元カラーバーコード。
9. スキャン画像における二次元カラーバーコードのデコード方法であって、
   前記バーコードは、余白により隔てられた複数の列及び行を含む二次元アレイを形成する複数のデータセルと、前記バーコードの角に位置する複数のコーナーロケーターセルと、前記コーナーロケーターセルの間に位置する４つの境界を形成し、前記データセルの前記二次元アレイを実質的に囲む複数の境界基準セルと、を備える既知のレイアウトであって、前記データセル及び前記境界基準セルの各々は複数の原色のうちの一つを有し、前記データセル及び前記境界基準セルのいくつかは同じサイズを有し、前記コーナーロケーターセルは黒色で、前記データセルのサイズよりも大きいサイズを有し、２つのコーナーロケーターセル間の各境界における前記境界基準セルは、前記複数の原色を含む所定の反復カラー順序を有する前記レイアウトを有し、
   前記デコード方法は、
   （ａ）前記コーナーロケーターセルの位置を用いて、すべての前記データセル及び前記境界基準セルの中心位置を計算する工程と、
   （ｂ）すべての前記境界基準セルを用いて、前記各境界に沿った複数の位置における前記原色の各々に対するチャンネルオフセットを計算する工程と、
   （ｃ）前記原色の各々を有する前記境界基準セルのすべてにおける画素の色値を平均化することにより、前記原色の各々に対する基準色値を計算する工程と、
   （ｄ）前記データセルアレイの領域内の各画素について、
   （ｄ１）各々が、前記画素の色値と、前記原色のうちの一つ又はホワイトの前記基準色値との色差である、複数の色差値を計算する工程と、
   （ｄ２）前記色差値に基づき、各々が前記画素が対応する前記原色である確率を表す、前記複数の原色に対する複数の画素カラー確率を計算する工程と、
   （ｅ）前記データセルの各々に対し、
   （ｅ１）前記複数の原色に対応する前記セルの複数の推定位置であって、各々が、対応する前記原色に対する局所的チャンネルオフセットを前記工程（ａ）で計算した前記データセルの前記中心位置に加算することにより計算され、前記局所的チャンネルオフセットは前記工程（ｂ）で計算した前記４つの境界に沿った前記複数の位置における対応する前記原色についての前記チャンネルオフセットを補間することにより計算される前記推定位置を計算する工程と、
   （ｅ２）前記複数の原色に対する複数のセルカラー確率であって、各々が、前記データセルが対応する前記原色である確率を表し、各々が、前記データセルのサイズを有し対応する前記原色に対する前記推定位置を中心とする領域内に位置する画素について、対応する前記原色に対する前記画素カラー確率を合計することにより計算される前記セルカラー確率を計算する工程と、
   （ｅ３）前記複数の原色に関して前記複数のセルカラー確率を比較することにより前記データセルの色を決定する工程と、
   （ｆ）前記データセルの前記色をデジタルデータに変換する工程と、
   を有することを特徴とする方法。
10. 前記工程（ａ）は、
    （ａ１）前記複数のコーナーロケーターセルの中心位置を決定する工程と、
    （ａ２）前記コーナーロケーターセルの前記中心位置及び前記既知のレイアウトに基づき、すべての前記データセル及び前記境界基準セルの中心位置を計算する工程と、
    を有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記工程（ｂ）は、
    （ｂ１）前記境界のうち水平な２つにおける前記境界基準セルの各々の水平中心位置と、前記境界のうち垂直な２つにおける前記境界基準セルの各々の垂直中心位置とを決定する工程と、
    （ｂ２）前記工程（ｂ１）で決定した前記中心位置と、前記設計位置及び前記境界基準セルの各々の色を含む前記バーコードの既知のレイアウトとに基づき、前記各境界に沿った複数の位置における前記原色の各々に対する前記チャンネルオフセットを計算する工程と、
    を有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. 前記工程（ｂ１）は、前記境界の各々を、該境界に平行な軸に射影し、前記射影におけるピークの中心を決定する工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記工程（ｃ）の前に、前記画像におけるすべての画素の色値を標準色空間に変換する工程を更に有し、前記工程（ｃ）における前記基準色値及び前記工程（ｄ１）における前記色差値は、前記標準色空間で計算されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
14. 前記複数の原色はシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックであり、前記標準色空間はＣＩＥ Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの色に対する前記複数の画素カラー確率は、それぞれ
    

    

    
    （ただし、ＤＥ_Ｃ，ＤＥ_Ｍ，ＤＥ_Ｙ及びＤＥ_Ｋは、前記工程（ｄ１）で計算された前記画素色値と、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック及びホワイトとの間の色差値である。）
    であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記工程（ｃ）は、前記原色の各々に対し、
    （ｃ１）前記原色の前記境界基準セルの各々について、前記原色に対する局所的チャンネルオフセットを、前記工程（ａ）で計算した前記境界基準セルの前記中心位置に加算することにより、推定位置を計算する工程であって、前記局所的チャンネルオフセットは、前記工程（ｂ）で計算した前記４つの境界に沿った前記複数の位置における対応する前記原色に対する前記チャンネルオフセットを補間することにより計算される工程と、
    （ｃ２）前記境界基準セルのサイズを有し、前記境界基準セルの前記推定位置を中心とするすべての領域内に位置するすべての画素の前記色値を平均化する工程と、
    を有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
17. データ処理装置のコンピューターを制御して、スキャン画像における二次元カラーバーコードをデコードする処理を実行させるコンピュータープログラムであって、
    前記バーコードは、余白により隔てられた複数の列及び行を含む二次元アレイを形成する複数のデータセルと、前記バーコードの角に位置する複数のコーナーロケーターセルと、前記コーナーロケーターセルの間に位置する４つの境界を形成し、前記データセルの前記二次元アレイを実質的に囲む複数の境界基準セルと、を備える既知のレイアウトであって、前記データセル及び前記境界基準セルの各々は複数の原色のうちの一つを有し、前記データセル及び前記境界基準セルのいくつかは同じサイズを有し、前記コーナーロケーターセルは黒色で、前記データセルのサイズよりも大きいサイズを有し、２つのコーナーロケーターセル間の各境界における前記境界基準セルは、前記複数の原色を含む所定の反復カラー順序を有する前記レイアウトを有し、
    前記プログラムは、前記コンピューターに、
    （ａ）前記コーナーロケーターセルの位置を用いて、すべての前記データセル及び前記境界基準セルの中心位置を計算する工程と、
    （ｂ）前記境界基準セルのすべてを用いて、前記各境界に沿った複数の位置における前記原色の各々に対するチャンネルオフセットを計算する工程と、
    （ｃ）前記原色の各々を有するすべての前記境界基準セルにおける画素の色値を平均化することにより、前記原色の各々に対する基準色値を計算する工程と、
    （ｄ）前記データセルアレイの領域内の各画素について、
    （ｄ１）各々が、前記画素の色値と、前記原色のうちの一つ又はホワイトの前記基準色値との色差である、複数の色差値を計算する工程と、
    （ｄ２）前記色差値に基づき、各々が、前記画素が対応する前記原色である確率を表す、前記複数の原色に対する複数の画素カラー確率を計算する工程と、
    （ｅ）前記データセルの各々に対し、
    （ｅ１）前記複数の原色に対応する前記セルの複数の推定位置であって、各々が、対応する前記原色に対する局所的チャンネルオフセットを前記工程（ａ）で計算した前記データセルの前記中心位置に加算することにより計算され、前記局所的チャンネルオフセットは前記工程（ｂ）で計算した前記４つの境界に沿った前記複数の位置における対応する前記原色についての前記チャンネルオフセットを補間することにより計算される前記推定位置を計算する工程と、
    （ｅ２）前記複数の原色に対する複数のセルカラー確率であって、各々が、前記データセルが対応する前記原色である確率を表し、各々が、前記データセルのサイズを有し対応する前記原色に対する前記推定位置を中心とする領域内に位置する画素について、対応する前記原色に対する前記画素カラー確率を合計することにより計算される前記セルカラー確率を計算する工程と、
    （ｅ３）前記複数の原色に関して前記複数のセルカラー確率を比較することにより前記データセルの色を決定する工程と、
    （ｆ）前記データセルの前記色をデジタルデータに変換する工程と、
    を実行させることを特徴とするコンピュータープログラム。
18. 前記工程（ａ）は、
    （ａ１）前記複数のコーナーロケーターセルの中心位置を決定する工程と、
    （ａ２）前記コーナーロケーターセルの前記中心位置及び前記既知のレイアウトに基づき、すべての前記データセル及び前記境界基準セルの中心を計算する工程と、
    を有することを特徴とする請求項１７に記載のコンピュータープログラム。
19. 前記工程（ｂ）は、
    （ｂ１）前記境界のうち水平な２つにおける前記境界基準セルの各々の水平中心位置と、前記境界のうち垂直な２つにおける前記境界基準セルの各々の垂直中心位置とを決定する工程と、
    （ｂ２）前記工程（ｂ１）で決定した前記中心位置と、前記設計位置及び前記境界基準セルの各々の色を含む前記バーコードの前記既知のレイアウトとに基づき、前記各境界に沿った複数の位置における前記原色の各々に対する前記チャンネルオフセットを計算する工程と、
    を有することを特徴とする請求項１７に記載のコンピュータープログラム。
20. 前記工程（ｂ１）は、前記境界の各々を、該境界に平行な軸に射影し、前記射影におけるピークの中心を決定する工程を有することを特徴とする請求項１９に記載のコンピュータープログラム。
21. 前記コンピューターは、前記工程（ｃ）の前に、前記画像におけるすべての画素の色値を標準色空間に変換する工程を更に実行し、前記工程（ｃ）における前記基準色値及び前記工程（ｄ１）における前記色差値は、前記標準色空間で計算されることを特徴とする請求項１７に記載のコンピュータープログラム。
22. 前記複数の原色はシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックであり、前記標準色空間はＣＩＥ Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊であることを特徴とする請求項２１に記載のコンピュータープログラム。
23. 前記シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの色に対する前記複数の画素カラー確率は、それぞれ
    

    

    
    （ただし、ＤＥ_Ｃ，ＤＥ_Ｍ，ＤＥ_Ｙ及びＤＥ_Ｋは、前記工程（ｄ１）で計算された前記画素色値と、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック及びホワイトとの間の色差値である。）
    であることを特徴とする請求項２２に記載のコンピュータープログラム。
24. 前記工程（ｃ）は、前記原色の各々に対し、
    （ｃ１）前記原色の前記境界基準セルの各々について、前記原色に対する局所的チャンネルオフセットを、前記工程（ａ）で計算した前記境界基準セルの前記中心位置に加算することにより、推定位置を計算する工程であって、前記局所的チャンネルオフセットは、前記工程（ｂ）で計算した前記４つの境界に沿った前記複数の位置における対応する前記原色に対する前記チャンネルオフセットを補間することにより計算される工程と、
    （ｃ２）前記境界基準セルのサイズを有し、前記境界基準セルの前記推定位置を中心とするすべての領域内に位置するすべての画素の前記色値を平均化する工程と、
    を有することを特徴とする請求項１７に記載のコンピュータープログラム。

Images